Прерыватели – распределители

Контактные прерыватели - распределители. Такое название приборы получили потому, что прерыватель и распределитель зажигания практически во всех современных системах зажигания выполнены в одном корпусе. Прерыватель предназначен разрывать цепь низкого напряжения, а распределитель направляет ток высокого напряжения к свечам в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Они располагаются один над другим и приводятся во вращение от одного общего вала, связанного зубчатой передачей с распределительным валом двигателя. В прерывателе-распределителе классической батарейной системы зажигания (рис.9) внутри корпуса (13)расположены вал (12)

 

Рис. 9

Прерыватель-распределитель классической контактной системы зажигания:

 

1 — угольный электрод; 2 — крышка; 3 — токоразносная пластина; 4— ротор (бегунок); 5 — кулачок; 6 — защелки крышки; 7— эксцентрик (регулировочный пинт); 8 — подвижный контакт прерывателя; 9 — контактная стойка; 10 — опор­ная пластина контактной группы; 11 — шкала настройки угла опережения зажигания; 12— вал привода кулачка; 13 — корпус; 14 — стопорный винт; 15 — проводник к контактной группе; 16— опорный диск; 17— контактный винт; 18 — конденсатор; 19 — корпус вакуумного регулятора опережения зажигания; 20 — ведущая пластина (траверса); 21 — грузики; 22 -- стяжная пружина; 23 — штифт грузика; 24 — ось вращения грузиков; 25 — крышка вакуумного регулятора; 26 — прокладка; 27 — штуцер; 28 — пружина; 29 — диафрагма; 30 — тяга; 31 - штифт для тяги; А — центробежный регулятор; Б — вакуумный регулятор; I и II – положение диафрагмы

 

привода, а также на шариковом радиально-упорном подшипнике (на рисунке не показан) установлен опорный диск (16). На диске с помощью винта (14) иэксцентрика (7) фиксируется пластина (10) сконтактами прерывателя. Подвижный контакт нагружен плоской пружиной. Он изолирован от корпуса прерывателя и с помощью проводника соединен с контактным винтом (17),через который к нему подведена средняя точка катушки зажигания. Второй, «неподвижный» контакт прерывателя представляет собой одно целое с пластиной (10),т.е. соединен с корпусом прерывателя («массой»).

На подвижном контакте прерывателя расположена текстолитовая подушечка, с помощью которой кулачок (5),связанный с приводным валом (12)через центробежный регулятор опережения зажигания, замыкает и размыкает контакты при своем вращении вместе с валом (12). Зазор между контактами прерывателя регулируется с помощью эксцентрика (7), которым пластина (10)поворачивается на некоторый угол вокруг стопорного винта (14). Meжду контактами прерывателя (выводом и «массой») включен конденсатор емкостью (0,2 - 0,35) микрофарады для уменьшения искрообразования на контактах от э.д.с. самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания.

На многих прерывателях-распределителях батарейной системы зажигания конденсатор устанавливают на внешней стороне корпуса (13). Корпус сверху закрыт крышкой (2), в которой по периметру расположены гнезда для проводов, идущих к свечам зажигания, а в центре — гнездо, подводящее высокое напряжение от катушки зажигания. В этом гнезде установлен подпружиненный угольный контакт, упирающийся в латунную токоразносную пластину (3),закрепленную на пластмассовом роторе (4).

При вращении ротора высоковольтное напряжение распределяется по контактам гнезд для проводов свечей зажигания, причем токоразносная пластина проходит мимо контактов с зазором (0,2 - 0,3) мм. Таким образом, высокое напряжение пробивает два искровых промежутка — в распределителе и свече зажигания.

Для регулирования момента воспламенения рабочей смеси в бензиновом двигателе в зависимости от частоты вращения коленчатого вала прерыватель-распределитель оснащается двумя регуляторами опережения зажигания — центробежным и вакуумным.

В центробежном регуляторе (рис.9, вид А)кулачок может поворачиваться вокруг оси приводного вала (12). Для этого кулачок выполнен как одно целое с втулкой, имеющей в нижней части траверсу (20)с косыми прорезями. Верхний конец вала ступенчатый. На тонком конце вала установлена втулка с кулачком, которая фиксируется запорным кольцом. В верхней части втулки выполнена лыска для установки на это место ротора распределителя и передачи ему вращения. На фланце приводного вала (12)на осях установлены дугообразные металлические пластины (21)(грузики), стягиваемые к центру пружинами (22).На грузиках расположены штифты (23),входящие в прорези траверсы (20)втулки кулачка. При увеличении частоты вращения центробежная сила, действующая на грузики, преодолевая усилие стяжных пружин, вызывает поворот грузиков вокруг их осей (24)(грузики расходятся). Штифты (23)грузиков (21),входящие в косые прорези траверсы, вызывают поворот ее вместе с кулачком прерывателя и ротором распределителя на некоторый угол вперед по направлению вращения. Поэтому момент набегания кулачка на подушечку прерывателя наступает раньше.

Чем больше частота вращения вала, тем на больший угол вперед по направлению вращения центробежный регулятор поворачивает кулачок и тем раньше происходит разрыв контактов, следовательно, тем больший угол опережения зажигания реализуется в цилиндре двигателя.

Жесткость пружин, стягивающих грузики центробежного регулятора, зависит от скорости вращения ротора распределителя. Это обеспечивает требуемый нелинейный закон изменения угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Возможный диапазон работы центробежного регулятора (от 500 до 2500 об/мин) ограничивается частотой вращения, при которой грузики расходятся полностью.

Вакуумный регулятор опережения зажигания расположен в тарельчатом корпусе (19)скрышкой (25). Между корпусом и крышкой установлена диафрагма (29), нагруженная пружиной (28). С внешней стороны в крышку (25)через регулировочную и уплотнительную (26)прокладки ввинчен штуцер (27)для соединения с трубкой, по которой разрежение из впускного трубопровода двигателя передается в камеру вакуумного регулятора.

Диафрагма (29)с помощью тяги (30)и штифта (31)шарнирно соединена с опорным диском (16),установленным в корпусе на шариковом подшипнике. В зависимости от положения дроссельной заслонки карбюратора меняется разрежение во впускном трубопроводе двигателя.

В случае прикрытия дроссельной заслонки величина разрежения увеличивается, следовательно, возрастает разрежение и под крышкой (25)вакуумного регулятора справа от диафрагмы (29),на (рис.9, вид Б). Тогда под действием атмосферного давления диафрагма, преодолевая усилие пружины (28),занимаетположениеII. Мембрана перемещается вправо и увлекает за собой тягу (30),которая поворачивает опорный диск (16) против хода часовой стрелки. Контакты прерывателя вместе с опорным диском поворачиваются навстречу вращению кулачка и размыкаются раньше — угол опережения зажигания увеличивается.

Открытие дроссельной заслонки карбюратора приводит к уменьшению разрежения во впускном трубопроводе. Тогда пружина (28)перемещает диафрагму (29)влево (положение I) и опорная пластина (16)поворачивается по ходу часовой стрелки, т. е. в направлении вращения кулачка — угол опережения зажигания уменьшается. Трубка для передачи разрежения из впускного трубопровода двигателя к вакуумному регулятору опережения зажигания присоединена к карбюратору в зоне расположения дроссельной заслонки. При закрытой дроссельной заслонке, когда двигатель работает на холостом ходу, отверстие для присоединения вакуумной трубки оказывается выше дроссельной заслонки (т.е. в зоне расположения диффузора, но несколько ниже его), где разрежение невелико и регулятор опережения зажигания не работает.

Кроме двух регуляторов опережения зажигания, устанавливающих момент воспламенения рабочей смеси при изменении нагрузки на двигатель и частоты вращения коленчатого вала, прерыватель-распределитель оснащают октан-корректором — устройством для ручной установки начального угла опережения зажигания, относительно которого функционируют автоматические центробежный и вакуумный регуляторы. Октан-корректор устанавливает начальный угол опережения зажигания в зависимости от сорта (октанового числа) топлива. Корпус (13) прерывателя-распределителя закреплен на блоке двигателя с помощью двух пластин (11). На нижней пластине нанесена шкала, по которой ориентируются при повороте корпуса (13) впосадочном гнезде блока. Для этого пластина (11) жестко закреплена на блоке. Верхняя пластина, выполненная в виде стрелки указателя, установлена на корпусе распределителя. Обе пластины фиксируются между собой винтом. Овальная прорезь в пластине (11) позволяет поворачивать корпус (13)относительно блока на некоторый угол, определяемый длиной прорези. После установки указателя на пластине в середину шкалы обеспечивается возможность поворота корпуса распределителя влево или вправо, для изменения начального угла установки опережения зажигания.

Рассмотренными тремя устройствами осуществляется независимое друг от друга регулирование угла опережения зажигания. Центробежный регулятор поворачивает кулачок прерывателя, вакуумный регулятор поворачивает опорный диск, на котором смонтированы контакты прерывателя, а октан-корректором вручную поворачивают корпус прерывателя-распределителя в блоке цилиндров двигателя. При работе двигателя реальный текущий угол опережения зажигания устанавливается автоматически центробежным и вакуумным регуляторами относительно начального углаустановленного октан-корректором.

 

Катушки зажигания

Катушка зажигания служит для преобразования низкого напряжения в высокое, которое необходимо для создания искрового разряда между электродами свечи. У большинства катушек с разомкнутой магнитной цепью (рис.10) первичная обмотка, содержащая 250-350 витков провода типа ПЭЛ диаметром (0,6-0,85)мм, располагается поверх вторичной обмотки для лучшего охлаждения. Вторичная обмотка содержит 18-26 тыс. витков провода ПЭЛ диаметром (0,07-0,09)мм.

В собранном виде (см. рис.10)катушка размещена на корпусе (стакане) (13),внутри которого располагается наружный магнитопровод (14). Нижней торцевой частью катушка опирается на керамический изолятор (15). В корпус (13)катушки заливают трансформаторное масло. Между корпусом и карболитовой крышкой (8) устанавливают герметизирующее кольцо (6),после чего крышку завальцовывают. В центре крышки вмонтирован вывод (9),который изнутри через пружину (10) поджимает пластину (11) сприпаянным к ней концом вторичной высоковольтной обмотки.

Конец первичной обмотки и проводник от места последовательного соединения первичной и вторичной обмоток подведены соответственно к выводам (7) и (12). Сбоку на корпусе катушки между двумя керамическими пластинами (4) сдугообразным вырезом смонтирован проволочный дополнительный резистор (вариатор) (5).

Он подсоединен своими концами к выводу (7) первичной обмотки катушки и к дополнительному свободному выводу. Вариатор замыкается контактами в тяговом реле стартера при пуске двигателя. Этим несколько компенсируется падение напряжения аккумуляторной батареи, которое приводит к уменьшению напряжения вторичной обмотки и ухудшению искрообразования из-за потребления стартером большого разрядного тока.

 

 

Рис. 10

Схема и конструкция катушки зажигания Б-115

 

1 и 3 — высоковольтная и низковольтная обмотки катушки; 2 — сердечник; 4 — керамические пластины; 5 — дополнительный резистор (вариатор); 6— гермети­зирующее кольцо; 7, 9 и 12 — выводы; 8 — крышка; 10 — пружина; 11- контактная пластина; 13 -корпус; 14 — магнитопровод; 15 — изолятор

 

После пуска двигателя и начала работы генератора блокировка вариатора отключается, и первичная обмотка получает импульсное питание от прерывателя через вариатор. Для обеспечения качественного искрообразования во время падения напряжения аккумуляторной батареи при пуске двигателя первичная обмотка катушки рассчитана на напряжение (6-8)вольт. После пуска двигателя и восстановления напряжения бортовой сети автомобиля избыток напряжения гасится вариатором. В системах зажигания с высокими пусковыми характеристиками вариатор отсутствует.

 

Свечи зажигания

Воспламенение рабочей смеси в цилиндре двигателя осуществляется свечой зажигания. Высоковольтное напряжение, поступающее на электрод свечи от катушки зажигания через распределитель, вызывает искровой разряд (пробой) в зазоре между электродами свечи и воспламеняет рабочую смесь. Зазор между электродами — это воздушный искровой промежуток. Именно свечи с воздушным искровым промежутком наиболее распространены в современных автомобильных поршневых двигателях. В роторно - поршневых и газотурбинных двигателях иногда используют свечи поверхностного разряда,когда искровой разряд проходит частично по воздуху, частично по поверхности изолятора.

При работе в двигателе свеча испытывает на себе большие колебания температуры: от 70°С для свежей (холодной) порции рабочей смеси до 2700°С во время рабочего хода поршня. Кроме того, в процессе рабочего хода давление в цилиндре двигателя может достигать (5-6) МПа, и на поверхность (сечение) свечи, установленной в камере сгорания, действует сила (0,5-1,2) кН. Это давление стремится выдавить свечу из ее резьбового гнезда или выдавить из ее изолятора центральный электрод либо электрод вместе с изолятором, который завальцован.

В продуктах сгорания находятся вещества, которые вызывают химическую коррозию электродов. Кроме того, отложение нагарана изоляторе и электродах свечей, вызванное неполным сгоранием топлива, или нагара из-за масла, попадающего на свечу и выгорающего на ней, создает токопроводящую массу. Эта масса шунтирует электроды и приводит к уменьшению напряжения во вторичной цепи системы зажигания или к прекращению искрообразования в зазоре свечи (рис.11)

Стандартная свеча имеет стержень (2) и изолятор (3). Колпачок (1) используется для подключения высоковольтного провода к свече зажигания. Изолятор (3)завальцован в корпус (4). В нижней части корпуса (изолированно от него) установлен центральный хромо-титановый электрод (5) с расширенной верхней частью и боковой электрод (6)из никельмарганцевого сплава (приварен к корпусу). Центральный электрод (5) контактирует со стержнем (2)через токопроводящий стеклогерметик (9). В нижней части стержня (2) выполнена накатка (10) с утолщением для того, чтобы стержень нельзя было извлечь после заливки стеклогерметиком.

 

 

 

Рис. 11

Свечи зажигания: стандартная (а), экранированная (б) и установка свечи в головке блока цилиндров двигателя (в).

1- колпачок; 2- стержень; 3 - изолятор; 4 - корпус; 5 и 6 – центральный и боковой электроды; 7 - уплотнительная шайба; 8 - уплотнитель; 9 – токопроводящий стеклогерметик; 10 - накатка в нижней части стержня; 11 – резистор; 12 - пружина; 13 — проводник; 14- керамическая втулка, 15 – гайка; 16 - резиновая втулка

 

Свечи маркируют группой букв и цифр, содержащих информацию о резьбе: буква А — резьба М14х1,25; буква М — резьба М18х1,5; цифра — калильное число (8, 11, 14, 17, 20, 23, 26); следующая буква обозначает длину резьбовой части (Н — 11мм, Д — 19 мм; длина 12 мм на свече не обозначается). Последняя буква обозначает, выступает ли конец изолятора за торец корпуса свечи (буква В). Иногда последней буквой Т обозначается герметизация центрального электрода термоцементом; если используется другой герметик, обозначение отсутствует.

Например, маркировка М26ДВ означает: свеча с диаметром резьбы 18 мм при шаге 1,5 мм имеет калильное число 26 и длину резьбовой части 19 мм, а конец изолятора выступает за торец корпуса свечи.

Многие типы отечественных и зарубежных свечей зажигания взаимозаменяемы.

Нормальная работа свечи обеспечивается при температуре теплового конуса не более 850-900°С. При температуре 400-500°С исчезает нагар — свеча самоочищается.

Температурный режим работы свечей примерно одинаков, аэксплуатационные температурные режимы двигателей различны. Поэтому свечи изготовляют с различной тепловой характеристикой — калильным числом. Это отвлеченный показатель, определяемый на испытательных стендах и зависящий от индикаторного давления на пороге калильного зажигания. Чем выше калильное число, тем в более высоком тепловом режиме может работать свеча зажигания.

3.6 Контактно – транзисторная система зажигания

Появление для автомобилей новых двигателей с высокой степенью сжатия и максимальной частотой вращения коленчатого вала, а также стремление работать на обедненных рабочих смесях для экономии топлива потребовало от системы зажигания больших энергий искрового заряда.

При увеличении силы тока в первичной цепи катушки зажигания, надежность и срок службы контактной группы снижается. Чтобы разгрузить контактную группу прерывателя от больших токов первичной цепи катушки зажигания, вызывающих искрение и эрозию, прерывание тока в катушке зажигания осуществляется бесконтактным элементом – силовым транзистором. Контакты же прерывателя используют для управления транзистором (2) (рис.12).

Вращающийся вместе с бегунком (5) распределителя зажигания (4) кулачок (8) периодически разрывает контакты (7) прерывателя и тем самым соединяет управляющий электрод (базу) транзистора (2) с «массой» (отрицательным полюсом аккумуляторной батареи (1)). Силовой транзистор (2) работает в режиме ключа (закрыт – открыт) и при замыкании и разрыве контактов (7) прерывателя пропускает или не пропускает ток от положительного полюса батареи (1) через первичную обмотку катушки зажигания к отрицательному полюсу аккумулятора.

Рис. 12

Контактно – транзисторная система зажигания:

 

1 – аккумуляторная батарея; 2 – транзистор; 3 – катушка зажигания; 4 – распределитель зажигания; 5 – бегунок; 6 – свечи; 7 – контакты прерывателя; 8 – кулачок.

 

Достоинством этой системы стало использование прерывателя для коммутирования слабого тока управления транзистором, что позволило отказаться от применения конденсатора, шунтирующего контакты прерывателя. Таким образом, исключен основной недостаток классической контактной системы зажигания, заключающийся в ограничении тока, разрываемого контактами.

Недостаток, связанный с механическим способом распределения энергии по свечам остался, что приводит к обгоранию высоковольтных контактов. Возникли и другие недостатки, связанные с погрешностью момента искрообразования из-за механической связи с распределителем и выставления угла опережения зажигания.